فیزیک ذرات شاخه ای از فیزیک است که به بررسی ماهیت ذرات تشکیل دهنده ماده و تابش می پردازد. اگرچه این ذرات با چشم غیرمسلح قابل رویت نیستند، اما اثرات آنها در واقع بر جهان عظیم است. این میدان کوچکترین اجزای تشکیل دهنده ماده و نحوه تعامل آنها با یکدیگر را بررسی می کند. درک این ذرات و فعل و انفعالات آنها به ما کمک می کند تا جهان را در مقیاس بزرگ درک کنیم.
مدل استاندارد فیزیک ذرات نظریه ای است که سه نیروی بنیادی شناخته شده در جهان (برهم کنش های الکترومغناطیسی، ضعیف و قوی، اما نه گرانش) را توصیف می کند و تمام ذرات بنیادی شناخته شده را طبقه بندی می کند. این ذرات را به دو گروه اصلی تقسیم می کند: فرمیون ها و بوزون ها.
فرمیون ها اجزای سازنده ماده هستند. آنها دارای اسپین نیمه صحیح هستند و از اصل طرد پائولی پیروی می کنند، به این معنی که هیچ دو فرمیونی نمی توانند به طور همزمان یک حالت کوانتومی را اشغال کنند. فرمیون ها بیشتر به لپتون ها و کوارک ها طبقه بندی می شوند.
بوزون ها ذراتی هستند که حامل نیرو هستند و دارای اسپین عدد صحیح هستند. آنها از اصل طرد پائولی تبعیت نمی کنند. چهار نوع بوزون در مدل استاندارد وجود دارد:
در جهان، چهار فعل و انفعال اساسی وجود دارد که بر رفتار همه ماده و انرژی حاکم است. مدل استاندارد سه مورد از این موارد را با موفقیت توضیح می دهد:
گرانش، نیروی چهارم، هنوز توسط مدل استاندارد توصیف نشده است. این توسط نظریه نسبیت عام توضیح داده شده است و اعتقاد بر این است که با واسطه ذره ای نظری به نام گراویتون است.
برای مطالعه فیزیک ذرات، دانشمندان از ماشین های بزرگی به نام شتاب دهنده ذرات برای افزایش سرعت و برخورد ذرات در انرژی های بالا استفاده می کنند. این برخوردها ذرات جدیدی تولید می کند و به محققان اجازه می دهد تا خواص این ذرات را مطالعه کنند.
برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن در نزدیکی ژنو، سوئیس، بزرگترین و قوی ترین شتاب دهنده ذرات جهان است. در کشف بوزون هیگز بسیار موثر بود.
نظریه میدان کوانتومی چارچوب نظری فیزیک ذرات است. این مکانیک کوانتومی و نسبیت خاص را ترکیب می کند. QFT ذرات را به عنوان حالت های برانگیخته میدان های زیرین آنها توصیف می کند. به عنوان مثال، فوتون ها برانگیخته های میدان الکترومغناطیسی هستند و الکترون ها برانگیخته های میدان الکترونی هستند.
برای هر ذره، یک پادذره با بار الکتریکی مخالف وجود دارد. هنگامی که یک ذره با پاد ذره خود برخورد می کند، یکدیگر را از بین می برند و پرتوهای گاما تولید می کنند. پادماده در تصویربرداری پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد و موضوع تحقیق در درک عدم تعادل بین ماده و پادماده در جهان است.
نوترینوها ذرات بسیار سبک و خنثی هستند که برهمکنش بسیار ضعیفی با مواد دیگر دارند. میلیاردها نوترینو در هر ثانیه از میان ما عبور می کنند، عمدتاً بدون توجه. نوترینوها از خورشید و دیگر منابع نجومی می آیند. آنها برای درک فرآیندهای ستاره ای و ساختار جهان مهم هستند.
فیزیک ذرات یک رشته جذاب و پیچیده است که اجزا و نیروهای اساسی جهان را بررسی می کند. دانشمندان از طریق آزمایش‌هایی با استفاده از شتاب‌دهنده‌های ذرات مانند LHC و چارچوب‌های نظری مانند مدل استاندارد و نظریه میدان کوانتومی، به کشف اسرار جهان، یک ذره در یک زمان ادامه می‌دهند.
